¿Cuáles son las Leyes de Gases (de Boyle, Charles, y Combinada), y cómo se definen?

Candela Rocío Barbisan
Ingeniera Química

Las leyes de los gases son los principios básicos que explican el comportamiento de los gases. Permiten calcular y modelar los efectos de la presión y la temperatura por sobre el volumen de un gas y explicar la reacción de los volúmenes de los gases según la teoría cinética. Conocemos tres Leyes que priman el comportamiento de los gases y que fueron explicadas por distintos científicos.

Ley de Boyle

La primera de ellas es la Ley de Boyle, que establece la relación entre volumen y presión de un gas, cuya propiedad es inversamente proporcional: si la presión de un gas aumenta, su volumen disminuye de manera proporcional. Análogamente ocurre si la presión disminuye, su volumen aumenta de manera proporcional. Y también se cumple que: si el volumen aumenta la presión disminuye de manera proporcional y a la inversa.

Para ello, Boyle estudió el comportamiento del gas en un tubo en “U” relleno con Mercurio, con un extremo abierto y otro cerrado. Cuando se añade Mercurio por encima del nivel del extremo cerrado, el volumen del aire entrampado en ese extremo disminuye de manera proporcional al agregado de mercurio que le ejerce presión por el otro extremo.

Boyle no sólo observó la tendencia, sino que cuantificó esas variaciones, descubriendo que, por ejemplo, si a un gas se lo comprime disminuyendo a la mitad su volumen, la presión se verá incrementada al doble de la inicial.

Por lo que, podemos expresar lo anterior de la siguiente manera:

P_i . V_i =P_f . V_f

Donde “i” se refiere al estado inicial y “f” al estado final.

Cabe resaltar que Boyle estudió este comportamiento en gases encerrados a temperatura constante, es decir, isotérmicamente.

Ley de Charles

La Ley de Charles llegó para definir la relación entre otras dos variables, la temperatura y el volumen de un gas. De esta manera, Charles encontró la proporcionalidad directa que existe entre la temperatura y el volumen de una cantidad fija de un gas, si este se encuentra a presión constante, es decir, isobáricamente.

Volvamos a un ejemplo con Mercurio. Supongamos un tubo que posee en un extremo un bulbo y en el otro se encuentra abierto a la atmósfera, de esta manera, un tapón de mercurio se puede desplazar dentro de él. Ahora bien, la presión de gas dentro del bulbo es siempre igual a la atmosférica y el desplazamiento del tapón de mercurio indicará el aumento o disminución del volumen de gas cuando este se caliente o enfría.

Veamos un ejemplo casero, supongamos que se tiene un globo inflado y se lo expone a una disminución de temperatura, veremos que automáticamente el globo comienza a disminuir su volumen. Cuando el globo vuelve a exponerse a temperatura ambiente, nuevamente la temperatura aumenta y el globo se expande. Por lo que, queda demostrada la relación directamente proporcional que existe entre la temperatura y el volumen. En este caso, cuando el globo se caliente, la temperatura de las partículas en el interior aumenta y la energía cinética de ellas también lo hace. Esto produce un aumento de la fuerza que ejercen sobre las paredes del globo y el globo se expande sin aumentar la presión interior más allá de la presión inicial.

Por lo tanto, Charles señala que el volumen de cualquier gas es directamente proporcional a su temperatura en grados Kelvin si la presión se mantiene constante.

Ley de los gases combinada

Recapitulando, se sabe que el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión y directamente proporcional a la temperatura. Sin embargo, Charles y Boyle estudiaron estos comportamientos manteniendo alguna de las variables constante. Debido a esto, se considera igualmente válido determinar una de las tres variables sin importar el orden en que varíen las otras dos. Es decir, se puede primero estimar el volumen de un gas a partir de un cambio de presión y luego a partir de un cambio de temperatura, o a la inversa.

Esto implica que, cuando la presión y la temperatura cambian en un gas, ambas leyes pueden ser empleadas de manera independiente y además, el volumen de un gas a temperatura y presión constante es directamente proporcional al número de partículas del gas.

Por: Candela Rocío Barbisan. Ingeniera Química por la UNMdP, Argentina, trabaja en la gestión de activos e integridad a diversas industrias, principalmente Oil & Gas. Certificada en API 580, Risk Based Inspection, por el American Petroleum Institute. Profesora en la Facultad de Ingeniería en la UNMdP, en las cátedras de Química General I, Laboratorio de Operaciones Unitarias (4º año, Ing. Química) y Laboratorio de Reactores y Control (5º año, Ing. Química).

Trabajo publicado en: Dic., 2021.

Datos para citar en modelo APA: Barbisan, C. R. (diciembre, 2021). Definición de Leyes de los Gases (de Boyle, Charles, y Combinada). Significado.com. Desde https://significado.com/leyes-gases-boyle-charles-combinada/